JP2010197638A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧ローラのローラ部の両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力を低減し、定着ベルトの寿命を長くすることができる定着装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ベルト５８と加圧ローラ５９は、（定着ベルト５８の幅）＞（加圧ローラ５９のローラ部の軸方向長）の関係を有している。定着ベルト５８の両端部にはそれぞれ、定着ベルト５８の端部を規制するための規制部材６５ａ，６５ｂが設けられている。加圧ローラ５９は、軸芯６０にローラ部を構成する弾性層５９ａを外嵌したものである。弾性層５９ａのゴム硬度は、軸方向において中央部Ｒ１より両端部Ｒ２の方が低くなるように設定されている。弾性層５９ａの両端部Ｒ２のゴム硬度は、２０度以下、さらには、１５度以下が好ましい。弾性層５９ａの両端部Ｒ２のゴム硬度は、中央部Ｒ１のゴム硬度に対して、１０度以上、さらには、１５度以上の硬度差をもたせることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの定着装置および画像形成装置に関する。

近年、プリンタや複写機などの画像形成装置には省エネルギーの観点から、さらなるウォームアップ時間の短縮化が求められている。それを達成するため、特許文献１に記載のように、定着装置の加熱部材に薄肉の定着ベルトを用いて熱容量を下げる構成が主流となっている。

特開２００１−１４７６０５号公報

図８は、一般的な薄肉の定着ベルト８０を用いた定着装置の定着ベルト８０端部の拡大概略構成図である。定着ベルト８０内には、加圧用パッド部材８２、加圧用パッド部材８２に圧力をかけるバックアップ部材８４、ハロゲンヒータ（図示せず）が設けられている。定着ベルト８０は、加圧ローラ８８と圧接することで定着ニップ部Ｎを形成する。定着ベルト８０の幅は加圧ローラ８８のローラ部の軸方向長より長く、かつ、定着ベルト８０の両端部にそれぞれ定着ベルト８０の端部を規制するための規制部材８６が設けられている。

しかしながら、定着ベルト８０の幅が加圧ローラ８８のローラ部の軸方向長より長いため、定着ベルト８０は、加圧ローラ８８に押圧されている部分は歪み、加圧ローラ８８に押圧されていない部分は元の形状を維持する。このため、加圧ローラ８８のローラ部の端部のエッジ８８ａの外側付近では、定着ベルト８０は元の形状に戻ろうとし、この部分で定着ベルト８０に対して繰り返し応力による負荷が加えられ、定着ベルト８０が破損する場合があった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、加圧ローラのローラ部の両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力を低減し、定着ベルトの寿命を長くすることができる定着装置および画像形成装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、画像を担持した記録材を、定着ベルトと加圧ローラとの圧接で挟持搬送させて加熱する定着装置であって、定着ベルトと加圧ローラが、（定着ベルトの幅）＞（加圧ローラのローラ部の軸方向長）の関係を有し、かつ、定着ベルトの両端部にそれぞれ規制部材が設けられ、加圧ローラのローラ部の弾性層の硬度が軸方向において中央部より両端部のほうが低いことを特徴とする、定着装置である。

請求項１の発明では、加圧ローラのローラ部の弾性層の硬度が軸方向において中央部より両端部の方が低いため、加圧ローラの両端部の変形量が相対的に大きくなり、定着ベルトの変形量が相対的に小さくなる。従って、加圧ローラの両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力が低減する。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、定着ベルト内には、加熱源と、バックアップ部材にて圧力をかけられた加圧用パッド部材とが設けられ、加圧用パッド部材は弾性層を有し、加圧用パッド部材によって定着ニップが形成されるとともに、加熱源によって定着ベルトが加熱されることを特徴とする、定着装置である。

請求項２の発明では、加圧ローラのローラ部の弾性層の硬度が軸方向において中央部より両端部の方が低いため、加圧ローラの両端部の変形量が相対的に大きくなり、加圧用パッド部材の弾性層の変形量が相対的に小さくなる。従って、定着ベルトの変形量も加圧用パッド部材の弾性層の変形量に対応して相対的に小さくなり、加圧ローラのローラ部の両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力が低減する。

また、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、定着ベルト内には、バックアップ部材にて圧力をかけられた加圧用パッド部材が設けられ、加圧用パッド部材は弾性層を有し、加圧用パッド部材によって定着ニップが形成されるとともに、定着ベルト外には誘導加熱源が設けられ、誘導加熱源によって定着ベルトが加熱されることを特徴とする、定着装置である。

請求項３の発明では、加熱源が定着ベルト外に設けられているため、加圧用パッド部材の弾性層が熱劣化しにくくなり、弾性層の弾性が長期間維持される。従って、定着ベルトの寿命もより一層延びる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、定着ベルト内には、定着ベルトの内径と略等しい外径の弾性層を有したインナーローラが設けられ、インナーローラによって定着ニップが形成されるとともに、定着ベルト外には誘導加熱源が設けられ、誘導加熱源によって定着ベルトが加熱されることを特徴とする、定着装置である。

請求項４の発明では、加圧ローラのローラ部の弾性層の硬度が軸方向において中央部より両端部の方が低いため、加圧ローラのローラ部の両端部の変形量が相対的に大きくなり、インナーローラの弾性層の変形量が相対的に小さくなる。従って、定着ベルトの変形量もインナーローラの弾性層の変形量に対応して相対的に小さくなり、加圧ローラの両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力が低減する。

また、請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする、画像形成装置である。

請求項５の発明では、加圧ローラのローラ部の両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力を低減し、定着ベルトの寿命を長くすることができる画像形成装置が得られる。

本発明によれば、加圧ローラのローラ部の弾性層の硬度が軸方向において中央部より両端部の方が低いので、加圧ローラのローラ部の両端部の変形量が相対的に大きくなり、定着ベルトの変形量が相対的に小さくなる。この結果、加圧ローラのローラ部の両端部のエッジが定着ベルトへ与える機械的応力を低減し、定着ベルトの寿命を長くすることができる定着装置や画像形成装置が得られる。

本発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置を示す概略正面図である。 図２に示した定着装置を示す横断面概略構成図である。 （Ａ）は加圧ローラの正面図であり、（Ｂ）は加圧ローラの弾性層の軸方向ゴム硬度分布図である。 本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す横断面概略構成図である。 本発明に係る定着装置の別の他の実施形態を示す横断面概略構成図ある。 加圧ローラの変形例を示す一部縦断面図である。 従来の定着装置を示す概略正面図である。

図１は本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置１を示す概略構成図である。

感光体ドラム２４は駆動手段によって図示矢印の時計回り方向に所定速度で駆動される。感光体ドラム２４の外周近傍には、帯電器３２、現像器２２、転写ローラ２３、摺擦部材３０が設けられている。感光体ドラム２４は帯電器３２にて表面が帯電される。感光体ドラム２４の回転方向における帯電器３２の下流側には、レーザースキャニングユニット２６が配置されている。レーザースキャニングユニット２６から放射されたレーザ光Ｌは、反射ミラー２８を介して感光体ドラム２４上に照射され、静電潜像が形成される。

レーザースキャニングユニット２６の下流側には、現像器２２が配置されている。現像器２２は、ブラックのトナーを感光体ドラム２４に付与するためのものである。現像器２２に対して、トナーカートリッジ２０が配設されている。

現像器２２の下流側には、転写ローラ２３が配置されている。さらに、転写ローラ２３の下流側には、感光体ドラム２４に残ったトナーを除去するための摺擦部材３０が配置されている。

一方、ピックアップローラ４２はブラックトナー像と同期して給紙カセット２から被記録材としての用紙Ｐを引き出し、分離ローラ１８と給紙ローラ４４とを介して給紙する。用紙Ｐには感光体ドラム２４上に形成されたトナー像が転写され、定着装置４６に搬入される。トナー画像を転写された用紙Ｐは、定着装置４６で定着され、印刷物として機外に排出されて排紙トレイ５０上に積載される。

次に、定着装置４６について、図２および図３を参照して説明する。図２は定着装置４６の概略正面図であり、図３はその横断面概略構成図である。定着装置４６は定着ベルト５８と加圧ローラ５９を備え、両者の圧接により定着ニップ部Ｎを形成させる。そして、定着ベルト５８と加圧ローラ５９の圧接で形成される定着ニップ部Ｎで、トナー画像を転写された用紙Ｐを挟持搬送させて加熱する。定着ベルト５８と加圧ローラ５９は、（定着ベルト５８の幅）＞（加圧ローラ５９のローラ部（後述の弾性層５９）の軸方向長）の関係を有している。定着ベルト５８の両端部にはそれぞれ、定着ベルト５８の端部を規制するための規制部材６５ａ，６５ｂが設けられている。

定着ベルト５８内には、加熱源６１ａ，６１ｂであるハロゲンやカーボンなどのヒータと、バックアップ部材６２と、加圧用パッド部材６３とが設けられている。加熱源６１ａ，６１ｂによって定着ベルト５８が加熱される。定着ベルト５８は、円筒状に成型された基材（ＳＵＳ、Ｎｉ、ポリイミド樹脂などからなる）の外周面に、弾性層として厚さが２００〜３００μｍのシリコーンゴム層を設け、更に外側にＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素系樹脂からなる離型層を被覆したものである。定着ベルト５８の厚さを薄くすることにより、定着ベルト５８の熱容量を最小限に抑えている。

加圧用パッド部材６３は定着ニップ部Ｎを形成している。加圧用パッド部材６３にはＳＵＳなどの金属が基材として用いられ、基材厚を２ｍｍ以上にして機械的強度を確保している。加圧用パッド部材６３は、断熱・弾性部材層６３ａと、定着ベルト５８の走行をガイドするための横断面円弧状樋型のベルトガイド部材６３ｂとを備えている。断熱・弾性部材層６３ａを設けることで、定着ベルト５８から加圧用パッド部材６３やバックアップ部材６２に奪われる熱量を低減できる。さらに、定着ニップ部Ｎの幅を増大できるとともに、定着ニップ部Ｎの形状を上側に凸状にでき、加圧ローラ５９の外周形状に合わせることができる。

ベルトガイド部材６３ｂの定着ベルト５８に摺接する摺接面の表面には、定着ベルト５８との摺動を高めるために、カーボンなどのコーティング層が形成されたり、フッ素樹脂処理されたガラスクロス層が貼付されたり、潤滑剤としてフッ素グリスなどが塗布されたりしている。定着ベルト５８はベルトガイド部材６３ｂにルーズに外嵌されている。

バックアップ部材６２は加圧用パッド部材６３に圧力をかけるものであり、バックアップ部材６２にはＳＵＳなどの金属が用いられている。バックアップ部材６２や加圧用パッド部材６３の表面には、加熱源６１ａ，６１ｂの輻射熱を反射するようにアルミなどの皮膜が形成され、部材６２，６３の温度上昇を抑制するとともに、定着ベルト５８の昇温特性を改善している。

図４（Ａ）に示すように、加圧ローラ５９は、軸芯６０にローラ部を構成する弾性層５９ａを外嵌したものである。弾性層５９ａの材料としてはシリコーンゴムなどが用いられる。弾性層５９ａのゴム硬度は、軸方向において中央部Ｒ１より両端部Ｒ２の方が低くなるように設定されている。具体的には、弾性層５９ａの両端部Ｒ２のゴム硬度は、低硬度の２０度以下、さらには、１５度以下が好ましい。そして、弾性層５９ａの両端部Ｒ２のゴム硬度は、中央部Ｒ１のゴム硬度に対して、１０度以上、さらには、１５度以上の硬度差をもたせることが好ましい。すなわち、両端部Ｒ１のゴム硬度は汎用硬度である３０〜５０度が好ましい。両端部Ｒ２の領域の幅は２０〜３０ｍｍ程度であり、中央部Ｒ１の領域の幅は２０〜３０ｃｍ程度である。最終的には、弾性層５９ａの両端部１０ｍｍ程度のゴム硬度が目標硬度になっていればよい。

ここに、シリコーンゴムは例えば、主成分のシリコーンポリマに、シリカ系充填剤、潤滑剤、可塑剤などが添加されたものである。そして、低硬度のシリコーンゴムは、周知の方法、例えば汎用硬度のシリコーンゴムより可塑剤の添加量を減らすなどの方法により作成される。

図４（Ｂ）は加圧ローラ５９の弾性層５９ａの軸方向ゴム硬度分布図である。図４（Ｂ）に示すように、中央部Ｒ１から両端部Ｒ２へのゴム硬度の変化は、実線Ｐ１が表示するステップ状であっても、あるいは、破線Ｐ２が表示するグラデーション状であってもよい。たとえば、ゴム硬度の低い両端部Ｒ２とゴム硬度の高い中央部Ｒ１とをそれぞれ、独立して作成した後、両者を接着剤で接合して弾性層５９ａを構成すれば、中央部Ｒ１から両端部Ｒ２へのゴム硬度の変化は、実線Ｐ１が表示するステップ状となる。また、硬度の低い両端部Ｒ２のゴム原料とゴム硬度の高い中央部Ｒ１のゴム原料とを一体成型することにより弾性層５９ａを構成すれば、中央部Ｒ１から両端部Ｒ２へのゴム硬度の変化は、破線Ｐ２が表示するグラデーション状となる。

以上の構成からなる定着装置４６において、加圧ローラ５９の弾性層５９ａのゴム硬度が軸方向において中央部Ｒ１より両端部Ｒ２の方が低いので、加圧ローラ５９の両端部Ｒ２の弾性層５９ａの変形量が相対的に大きくなり、加圧用パッド部材６３の弾性層６３ａの変形量が相対的に小さくなる。従って、定着ベルト５８の変形量も加圧用パッド部材６３の弾性層６３ａの変形量に対応して相対的に小さくなり、加圧ローラ５９の両端部Ｒ２のエッジが定着ベルト５８へ与える機械的応力を低減することができる。

ここで、加圧ローラ両端部のゴム硬度を下げる目的で加圧ローラ全体のゴム硬度を下げる方法も考えられるが、全体のゴム硬度を下げ過ぎると、ローラ耐久性に影響が出る可能性がある。従って、加圧ローラ全体のゴム硬度は、所定値以下にはできない。これに対し、本発明のように、加圧ローラ５９の中央部Ｒ１のゴム硬度を所定値以上にしたまま、加圧ローラ５９の両端部Ｒ２のゴム硬度のみを下げるようにすれば、加圧ローラ５９の寿命を確保した状態で、加圧ローラ５９の両端部Ｒ２のエッジが定着ベルト５８へ与える機械的応力を低減することができる。

また、図５に示した定着装置４６Ａは、図２および図３に示した定着装置４６において、定着ベルト５８内部の加熱源６１ａ，６１ｂの代わりに、定着ベルト５８の外部に誘導加熱源６６である誘導加熱コイルユニットを配置しているものと同様のものである。この定着装置４６Ａは、加熱源６６が定着ベルト５８の外部に設けられているため、加圧用パッド部材６３の断熱・弾性部材層６３ａが熱劣化しにくくなり、断熱・弾性部材層６３ａの弾性が長期間維持される。従って、定着ベルト５８の寿命をより一層延長させることができる。なお、誘導加熱源６６を使用した場合、定着ベルト５８には発熱性能のよいNiベルトなどが使われる。

また、図６に示した定着装置４６Ｂは、図５に示した定着装置４６Ａにおいて、バックアップ部材６２および加圧用パッド部材６３の代わりに、定着ベルト５８の内部にインナーローラ６８を配置しているものと同様のものである。インナーローラ６８は定着ベルト５８の内径と略等しい外径の弾性層６８ａを有している。この定着装置４６Ｂも、加圧ローラ５９の弾性層５９ａの硬度が軸方向において中央部Ｒ１より両端部Ｒ２の方が低いため、加圧ローラ５９の両端部Ｒ２の変形量が相対的に大きくなり、インナーローラ６８の弾性層６８ａの変形量が相対的に小さくなる。従って、定着ベルト５８の変形量もインナーローラ６８の弾性層６８ａの変形量に対応して相対的に小さくなり、加圧ローラ５９の両端部Ｒ２のエッジが定着ベルト５８へ与える機械的応力を低減することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。たとえば、加圧ローラ５９の弾性層５９ａの硬度を、軸方向において異ならせる方法として、図７に示すように、軸芯６０の径を中央部Ｒ１において太くする方法を採用してもよい。これにより、中央部Ｒ１での弾性層５９ａの厚みが薄くなり、相対的に両端部Ｒ２より中央部Ｒ１の弾性層５９ａの硬度を見掛け上高くできる。

１ 画像形成装置
４６，４６Ａ，４６Ｂ 定着装置
５８ 定着ベルト
５９ 加圧ローラ
５９ａ 弾性層
６１ａ，６１ｂ 加熱源
６２ バックアップ部材
６３ 加圧用パッド部材
６３ａ 断熱・弾性部材層
６５ａ，６５ｂ 規制部材
６６ 誘導加熱源
６８ インナーローラ
６８ａ 弾性層
Ｎ 定着ニップ部
Ｒ１ 中央部
Ｒ２ 端部

Claims (5)

1. 画像を担持した記録材を、定着ベルトと加圧ローラとの圧接で挟持搬送させて加熱する定着装置であって、
   前記定着ベルトと前記加圧ローラが、（前記定着ベルトの幅）＞（前記加圧ローラのローラ部の軸方向長）の関係を有し、かつ、前記定着ベルトの両端部にそれぞれ規制部材が設けられ、前記加圧ローラのローラ部の弾性層の硬度が軸方向において中央部より両端部の方が低いことを特徴とする、定着装置。
2. 前記定着ベルト内には、加熱源と、バックアップ部材にて圧力をかけられた加圧用パッド部材とが設けられ、前記加圧用パッド部材は弾性層を有し、前記加圧用パッド部材によって定着ニップが形成されるとともに、前記加熱源によって前記定着ベルトが加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルト内には、バックアップ部材にて圧力をかけられた加圧用パッド部材が設けられ、前記加圧用パッド部材は弾性層を有し、前記加圧用パッド部材によって定着ニップが形成されるとともに、前記定着ベルト外には誘導加熱源が設けられ、前記誘導加熱源によって前記定着ベルトが加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
4. 前記定着ベルト内には、前記定着ベルトの内径と略等しい外径の弾性層を有したインナーローラが設けられ、前記インナーローラによって定着ニップが形成されるとともに、前記定着ベルト外には誘導加熱源が設けられ、前記誘導加熱源によって前記定着ベルトが加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする、画像形成装置。

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